一种移动设备的定位系统及定位方法技术方案

本发明专利技术提供一种移动设备的定位系统及定位方法，能够提高定位精度和抗干扰能力。所述系统包括：激光定位基站和安装在移动设备上的定位视觉模块，激光定位基站包括：测距激光、水平电机、俯仰电机、电机驱动器及控制器；定位视觉模块，用于捕获所述测距激光发出的激光斑点，生成定位视觉模块消息，并将其发送至所述控制器；控制器，用于根据接收到的定位视觉模块消息，通过电机驱动器下发控制指令驱动水平电机、俯仰电机带动测距激光在水平、竖直方向上做旋转摆动运功，并根据测距激光的测距值，水平电机、俯仰电机的旋转角度及接收到的定位视觉模块消息进行坐标运算，确定移动设备所处位置的三维坐标。本发明专利技术适用于通信技术领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信
，特别是指一种移动设备的定位系统及定位方法。
技术介绍
近年来，很多移动设备在运行时候需要预先获知自身的精确定位坐标，以便用于设备行驶或者其他用途，例如，自动导航运输车(Automatic Guided Vehicle，AGV)就需要预先获知车辆自身精确的位置信息才能进行自主行驶，因此，对移动设备的精确定位在很多场合就显得尤为重要。在现行的定位系统中，全球定位系统(Global Positioning System，GPS)是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息，是卫星通信技术在导航领域的应用典范，它极大地提高了地球社会的信息化水平，有力地推动了数字经济的发展。就目前而言，在我国市面上涉及GPS定位系统的产品，其定位精度在米级，而且在类似于室内、地下等封闭的环境中GPS受限很大，或者根本无法使用。机器视觉定位技术是指通过CCD或其他视觉传感器感知周围环境的定位，这类定位通常只能用于特定的工作环境。装有机器视觉定位系统的移动设备过对周围环境设定一些具有明显特征点的路标识别和跟踪，结合特定标识景物的位置信息，进而得到自身位置信息。该方法定位精度较高，但是考虑到工作环境实际环境因素，如光线等影响，实际图像的获取显得有些困难。航迹推算定位技术最初用于海上的传播，是根据罗经和计程仪所指示的航向、航程，以及船舶操纵要素和风流要素等在不借助外界导航物标的条件下，求取航迹和船位的方法。随着技术的发展，现在已经把它用于给陆地上移动设备定位。根据移动设备上安装的传感器(航向陀螺、速度计、里程计等)，从而计算出移动设备的位置坐标。在短时间内这些传感器的测量精度比较高，但对于长时间的定位，往往会造成累积误差，影响定位精度，且航迹推算定位技术不能进行三维定位。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种移动设备的定位系统及定位方法，以解决现有技术所存在的定位技术的局限性的问题。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种移动设备的定位系统，包括：激光定位基站和安装在所述移动设备上的定位视觉模块，所述激光定位基站包括：测距激光、水平电机、俯仰电机、电机驱动器及控制器；所述定位视觉模块，用于捕获所述测距激光发出的激光斑点，生成定位视觉模块消息，并将所述定位视觉模块消息发送至所述控制器；所述控制器，用于根据接收到的定位视觉模块消息，通过所述电机驱动器下发控制指令驱动所述水平电机、俯仰电机带动所述测距激光在水平、竖直方向上做旋转摆动运功，并根据测距激光的测距值，水平电机、俯仰电机的旋转角度及接收到的定位视觉模块消息进行坐标运算，确定所述移动设备所处位置的三维坐标。可选地，所述定位视觉模块包括：相机、接光屏、视觉图像处理板和无线通讯单元；所述相机，用于捕获所述测距激光发出的射在所述接光屏上任意一点B点的激光斑点；所述视觉图像处理板，用于当捕获到激光屏上的激光斑点时，对捕获到的B点的激光斑点进行处理，生成定位视觉模块消息，所述定位视觉模块消息包括：B点相对于接光屏正中心A点的水平偏差量m、竖直偏差量n及捕获标识；所述无线通讯单元，用于将所述定位视觉模块消息发送至所述控制器。可选地，按照预设的时间间隔，通过所述无线通讯单元向所述控制器发送定位视觉模块消息，所述控制器根据接收到的所述定位视觉模块消息控制水平电机、俯仰电机的运动，若接光屏上无激光斑点，所述定位视觉模块消息包括：未捕获标识。可选地，当所述控制器接收到定位视觉模块消息包括捕获标识时，通过电机驱动器下发控制器发出的控制指令驱动所述水平电机和俯仰电机的运动，通过水平电机、俯仰电机的运动带动测距激光在水平方向和竖直方向上做旋转摆动运功使测距激光发出的激光斑点向接光屏的正中心A点移动；当所述控制器接收到定位视觉模块消息包括未捕获标识时，通过电机驱动器下发控制器发出的控制指令驱动所述水平电机和俯仰电机带动测距激光在朝向所述移动设备的方向做W型扫描运动。可选地，预先在所述移动设备的工作场地确定坐标原点O(0，0，0)建立系统坐标系，在系统坐标系内测量所述激光定位基站的坐标为O1(xO1,yO1,zO1)，当所述定位视觉模块捕获到激光斑点时，根据下式确定所述移动设备所处位置的三维坐标A(xA,yA,zA)：[xB,yB,zB]T＝[xO1,yO1,zO1]T+l·[cosβ·cosα,cosβ·sinα,cosβ]T[xA,yA,zA]T＝[xB,yB,zB]T+[m·cosγ,m·sinγ,n]T式中，(xA,yA,zA)为接光屏正中心A点在系统坐标系中的三维坐标，即为所述移动设备的所处位置，(xB,yB,zB)为B点在系统坐标系中的三维坐标，m、n分别为B点相对于接光屏中心A点的水平偏差量、竖直偏差量，α为水平电机的旋转角度，β为俯仰电机的旋转角度，l为测距激光的测距值，γ为所述移动设备航向角。可选地，按照下式确定B点的三维坐标在系统坐标系中的计算误差△xB、△yB、△zB：△xB＝xB-[(xO1+△xO1)+(l+△l)·cos(β+△β)·cos(α+△α)]△yB＝yB-[(yO1+△yO1)+(l+△l)·cos(β+△β)·sin(α+△α)]△zB＝zB-[(zO1+△zO1)+(l+△l)·cos(β+△β)]式中，△xO1、△yO1、△zO1为所述激光定位基站的坐标在系统坐标系中的误差，△α、△β分别为水平电机、俯仰电机的旋转误差，△l为测距激光的测量误差；根据B点的三维坐标在系统坐标系中的计算误差△xB、△yB、△zB，确定所述移动设备所处位置的坐标误差△A(△xA,△yA,△zA)，即接光屏正中心A点的三维坐标在系统坐标系中的计算误差△xA、△yA、△zA：△xA＝xA-[(xB+△xB)+(m+△m)·cos(γ+△γ)]△yA＝yA-[(yB+△yB)+(m+△m)·sin(γ+△γ)]△zA＝zA-[(zB+△zB)+(n+△n)]式中，△m、△n分别为所述定位视觉模块处理的B点相对于接光屏正中心A点的水平偏差量、竖直偏差量的误差，△γ为所述移动设备航向角的误差。可选地，所述控制器采用DSP和ARM双核结构；所述ARM结构，用于与所述定位视觉模块进行通讯获取所述定位视觉模块消息，并采集所述测距激光的测距值；所述DSP结构，用于采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种移动设备的定位系统，其特征在于，包括：激光定位基站和安装在所述移动设备上的定位视觉模块，所述激光定位基站包括：测距激光、水平电机、俯仰电机、电机驱动器及控制器；所述定位视觉模块，用于捕获所述测距激光发出的激光斑点，生成定位视觉模块消息，并将所述定位视觉模块消息发送至所述控制器；所述控制器，用于根据接收到的定位视觉模块消息，通过所述电机驱动器下发控制指令驱动所述水平电机、俯仰电机带动所述测距激光在水平、竖直方向上做旋转摆动运功，并根据测距激光的测距值，水平电机、俯仰电机的旋转角度及接收到的定位视觉模块消息进行坐标运算，确定所述移动设备所处位置的三维坐标。

【技术特征摘要】
1.一种移动设备的定位系统，其特征在于，包括：激光定位基站和安装
在所述移动设备上的定位视觉模块，所述激光定位基站包括：测距激光、水平
电机、俯仰电机、电机驱动器及控制器；
所述定位视觉模块，用于捕获所述测距激光发出的激光斑点，生成定位视
觉模块消息，并将所述定位视觉模块消息发送至所述控制器；
所述控制器，用于根据接收到的定位视觉模块消息，通过所述电机驱动器
下发控制指令驱动所述水平电机、俯仰电机带动所述测距激光在水平、竖直方
向上做旋转摆动运功，并根据测距激光的测距值，水平电机、俯仰电机的旋转
角度及接收到的定位视觉模块消息进行坐标运算，确定所述移动设备所处位置
的三维坐标。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述定位视觉模块包括：
相机、接光屏、视觉图像处理板和无线通讯单元；
所述相机，用于捕获所述测距激光发出的射在所述接光屏上任意一点B
点的激光斑点；
所述视觉图像处理板，用于当捕获到激光屏上的激光斑点时，对捕获到的
B点的激光斑点进行处理，生成定位视觉模块消息，所述定位视觉模块消息包
括：B点相对于接光屏正中心A点的水平偏差量m、竖直偏差量n及捕获标识；
所述无线通讯单元，用于将所述定位视觉模块消息发送至所述控制器。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，按照预设的时间间隔，通
过所述无线通讯单元向所述控制器发送定位视觉模块消息，所述控制器根据接
收到的所述定位视觉模块消息控制水平电机、俯仰电机的运动，若接光屏上无
激光斑点，所述定位视觉模块消息包括：未捕获标识。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，当所述控制器接收到定位
视觉模块消息包括捕获标识时，通过电机驱动器下发控制器发出的控制指令驱
动所述水平电机和俯仰电机的运动，通过水平电机、俯仰电机的运动带动测距
激光在水平方向和竖直方向上做旋转摆动运功使测距激光发出的激光斑点向

\t接光屏的正中心A点移动；
当所述控制器接收到定位视觉模块消息包括未捕获标识时，通过电机驱动
器下发控制器发出的控制指令驱动所述水平电机和俯仰电机带动测距激光在
朝向所述移动设备的方向做W型扫描运动。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，预先在所述移动设备的工
作场地确定坐标原点O(0，0，0)建立系统坐标系，在系统坐标系内测量所述激光
定位基站的坐标为O1(xO1,yO1,zO1)，当所述定位视觉模块捕获到激光斑点时，根据
下式确定所述移动设备所处位置的三维坐标A(xA,yA,zA)：
[xB,yB,zB]T＝[xO1,yO1,zO1]T+l·[cosβ·cosα,cosβ·sinα,cosβ]T[xA,yA,zA]T＝[xB,yB,zB]T+[m·cosγ,m·sinγ,n]T式中，(xA,yA,zA)为接光屏正中心A点在系统坐标系中的三维坐标，即为所
述移动设备的所处位置，(xB,yB,zB)为B点在系统坐标系中的三维坐标，m、n
分别为B点相对于接光屏中心A点的水平偏差量、竖直偏差量，α为水平电
机的旋转角度，β为俯仰电机的旋转角度，l为测距激光的测距值，γ为所述移
动设备航向角。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，按照下式确定B点的三维
坐标在系统坐标系中的计算误差△xB、△yB、△zB：
△xB＝xB-[(xO1+△xO1)+(l+△l)·cos(β+△β)·cos(α+△α)]
△yB＝yB-[(yO1+△yO1)+(l+△l)·cos(β+△β)·sin(α+△α)]
△zB＝zB-[(zO1+△zO1)+(l+△l)·cos(β+△β)]
式...

【专利技术属性】
技术研发人员：白佳宾，仇百良，孟宇，马国轩，张玉振，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11